Теория электрических цепей 1: шпаргалка-пакет

Листы формул, ключевые шаги методов по каждой теме и тренировочные задачи (14) с полными решениями в конце.

Новые задачиНазад к курсу

В окне печати выберите «Сохранить как PDF», чтобы сохранить копию на своём устройстве.

1Формулы и методы

Последовательные и параллельные резисторы

Последовательное соединение резисторов
Req = R1 + R2 + …
Параллельное соединение резисторов
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + …
Два параллельно
Req = R1R2 / (R1 + R2)
Закон Ома
V = I·R
Мощность
P = V·I = I²R = V²/R

Метод

  1. Начните с конца цепи, наиболее удалённого от зажимов.
  2. Последовательные резисторы складывайте, а параллельные объединяйте по формуле 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
  3. После каждого шага перерисовывайте схему.
  4. Повторяйте, пока между зажимами не останется один резистор.

Метод узловых потенциалов

Закон токов Кирхгофа
ΣIin = ΣIout
Ток ветви
I = (Va − Vb)/R
Опорный узел
Vground = 0

Метод

  1. Выберите опорный узел (землю) и обозначьте потенциалы остальных узлов.
  2. Запишите первый закон Кирхгофа для каждого неизвестного узла: сумма токов, вытекающих по ветвям, равна сумме втекающих.
  3. Выразите ток каждой ветви как (Va − Vb)/R.
  4. Решите систему уравнений, затем найдите нужные токи.

Метод контурных токов

Закон напряжений Кирхгофа
ΣV = 0 в каждом контуре
Общий резистор
ток = I1 − I2
Источник тока в контуре
задаёт ток этого контура

Метод

  1. Нарисуйте в каждом контуре (ячейке) схемы контурный ток по часовой стрелке.
  2. Примените второй закон Кирхгофа к каждому контуру: сумма падений напряжения равна нулю.
  3. В резисторе, общем для двух контуров, ток равен разности двух контурных токов.
  4. Решите уравнения; отрицательный результат означает, что ток течёт в обратную сторону.

Метод наложения

Метод наложения
x = x1 + x2 + … (one source at a time)
Отключённый источник напряжения
короткое замыкание (0 V)
Отключённый источник тока
разрыв (0 A)
Делитель напряжения
V2 = V·R2/(R1 + R2)
Делитель тока
I1 = I·R2/(R1 + R2)

Метод

  1. Посчитайте независимые источники. Для каждого источника вы решите одну более простую схему.
  2. Оставьте один источник, а остальные отключите: источник напряжения заменяется коротким замыканием (проводом), источник тока — разрывом цепи.
  3. Найдите в упрощённой схеме нужное напряжение или ток, следя за направлением.
  4. Повторите для каждого источника, затем сложите вклады с учётом знаков.

Тевенин и Нортон

Напряжение Тевенина
Vth = Vopen circuit
Сопротивление Тевенина
Rth: все источники отключены, со стороны a–b
Ток Нортона
IN = Vth/Rth
Ток нагрузки
IL = Vth/(Rth + RL)
Передача максимальной мощности
RL = Rth, Pmax = Vth²/(4Rth)

Метод

  1. Отключите нагрузку и обозначьте два зажима a и b.
  2. Найдите напряжение холостого хода между a и b: это Vth.
  3. Отключите все независимые источники и найдите сопротивление со стороны a–b: это Rth.
  4. Верните нагрузку в эквивалентную схему: Vth последовательно с Rth.
  5. Для эквивалента Нортона преобразуйте: IN = Vth/Rth, с RN = Rth параллельно.

Схемы на операционных усилителях

Инвертирующий усилитель
Vout = −(Rf/Rin)·Vin
Неинвертирующий усилитель
Vout = (1 + Rf/R1)·Vin
Суммирующий усилитель
Vout = −Rf(V1/R1 + V2/R2)
Идеальный ОУ
V+ = V−, Iin = 0

Переходные процессы RC и RL

Постоянная времени
τ = RC | τ = L/R
Отклик
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
Конденсатор на постоянном токе
разрыв; vC не может измениться скачком
Катушка на постоянном токе
короткое замыкание; iL не может измениться скачком
Установившийся режим
t ≈ 5τ

Метод

  1. Найдите начальное значение сразу после коммутации: напряжение на конденсаторе и ток в катушке не могут изменяться скачком.
  2. Найдите установившееся значение спустя долгое время после коммутации: конденсатор ведёт себя как разрыв, катушка — как короткое замыкание.
  3. Найдите постоянную времени: τ = RC или τ = L/R, где берётся сопротивление со стороны конденсатора или катушки.
  4. Используйте x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ.

2Тренировочные задачи

1.Последовательные и параллельные резисторыСредняя
R1​ = 6 ΩIR1​R3​ = 8 Ω+−V1​10 VR2​4 ΩAR4​5 ΩB

Найдите ток IR1, отдаваемый источником и текущий через R1.

V1 = 10 VR1 = 6 ΩR2 = 4 ΩR3 = 8 ΩR4 = 5 Ω
IR1 = A
2.Последовательные и параллельные резисторыСложная
R1​ = 20 ΩR3​ = 3 ΩR5​ = 25 Ω+−V1​15 VR2​8 ΩAR4​4 ΩBR6​5 Ω

Найдите эквивалентное сопротивление Req, которое видит источник V1.

V1 = 15 VR1 = 20 ΩR2 = 8 ΩR3 = 3 ΩR4 = 4 ΩR5 = 25 ΩR6 = 5 Ω
Req = Ω
3.Метод узловых потенциаловСредняя
R1​ = 4 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​12 VR2​15 ΩAR4​4 ΩBIs​5 A

Используйте метод узловых потенциалов, чтобы найти узловое напряжение VB (относительно земли).

V1 = 12 VIs = 5 AR1 = 4 ΩR2 = 15 ΩR3 = 3 ΩR4 = 4 Ω
VB = V
4.Метод узловых потенциаловСложная
R1​ = 8 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 8 Ω+−V1​6 VR3​15 ΩAR5​6 ΩBIs​4 A+−V2​36 V

Используйте метод узловых потенциалов, чтобы найти узловое напряжение VA (относительно земли).

V1 = 6 VIs = 4 AV2 = 36 VR1 = 8 ΩR2 = 15 ΩR3 = 15 ΩR4 = 8 ΩR5 = 6 Ω
VA = V
5.Метод контурных токовСредняя
R1​ = 15 ΩR2​ = 10 Ω+−V1​15 VR3​2 Ω+−VR3​A+−V2​10 VI1​I2​

Используйте метод контурных токов, чтобы найти напряжение VR3 на R3 с указанной полярностью.

V1 = 15 VV2 = 10 VR1 = 15 ΩR2 = 10 ΩR3 = 2 Ω
VR3 = V
6.Метод контурных токовСложная
R1​ = 4 ΩR2​ = 6 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​12 VR4​3 ΩAR5​10 ΩB+−V2​18 VI1​I2​I3​

Используйте метод контурных токов, чтобы найти контурный ток I3 (по часовой стрелке).

V1 = 12 VV2 = 18 VR1 = 4 ΩR2 = 6 ΩR3 = 4 ΩR4 = 3 ΩR5 = 10 Ω
I3 = A
7.Метод наложенияСредняя
линейная цепьVs​Is​IRL​

Линейная резистивная цепь содержит один источник напряжения Vs и один источник тока Is. Ток I через нагрузочный резистор измерен дважды: при Vs = 2 V и Is = 6 mA I = 2,8 mA; при Vs = 5 V и Is = 4 mA I = 3,7 mA. Найдите ток нагрузки I при Vs = 4 V и Is = 4 mA.

2 V, 6 mA → 2,8 mA5 V, 4 mA → 3,7 mAVs = 4 V, Is = 4 mA
I = mA
8.Метод наложенияСложная
линейная цепьV1​V2​Is​IRL​

Линейная резистивная цепь содержит три независимых источника: V1, V2 и Is. Ток I через нагрузку измерен три раза. При номинальных значениях всех источников I = −8 mA. Если V1 удвоить, а два других оставить без изменений, I = −14 mA. Если изменить направление Is на противоположное, а два других оставить без изменений, I = 14 mA. Найдите ток нагрузки I, если V2 отключён, а V1 и Is имеют номинальные значения.

номинальные значения: I = −8 mA2·V1: I = −14 mA−Is: I = 14 mA
I = mA
9.Тевенин и НортонСредняя
R1​ = 3 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​9 VR2​10 ΩARL​20 ΩIL​B

К a–b подключена нагрузка RL = 20 Ω. Замените остальную цепь эквивалентом Тевенина и найдите ток нагрузки IL.

V1 = 9 VR1 = 3 ΩR2 = 10 ΩR3 = 3 ΩRL = 20 Ω
IL = A
10.Тевенин и НортонСложная
R1​ = 15 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​10 VR2​15 ΩAIs​2,5 ABab

Найдите ток Нортона IN: ток, текущий от a к b, если зажимы замкнуть накоротко.

V1 = 10 VIs = 2,5 AR1 = 15 ΩR2 = 15 ΩR3 = 3 Ω
IN = A
11.Схемы на операционных усилителяхСредняя
−+Vout​R2​ = 100 kΩV1​ = 3 VR1​ = 10 kΩV2​ = 2,3 VR3​ = 10 kΩR4​ = 100 kΩ

Дифференциальный усилитель выполнен на идеальном ОУ с питанием ±15 V, при этом R3 = R1 и R4 = R2. Найдите выходное напряжение Vout.

V1 = 3 VV2 = 2,3 VR1 = R3 = 10 kΩR2 = R4 = 100 kΩ
Vout = V
12.Схемы на операционных усилителяхСложная
−+Vout​R2​ = 1 kΩV1​ = 1,4 VR1​ = 10 kΩV2​ = −0,3 VR3​ = 100 kΩR4​ = 100 kΩ

ОУ идеальный и питается от ±15 V. Отношения резисторов не согласованы. Найдите выходное напряжение Vout.

V1 = 1,4 VV2 = −0,3 VR1 = 10 kΩR2 = 1 kΩR3 = 100 kΩR4 = 100 kΩ
Vout = V
13.Переходные процессы RC и RLСредняя
R = 47 Ωt = 0L10 mHi(t)

Через катушку течёт установившийся ток 2 A. При t = 0 ключ замыкает контур через R, а источник отключается, поэтому ток катушки убывает через R. Найдите ток i в момент t = 1 ms.

i(0) = 2 AR = 47 ΩL = 10 mHt = 1 ms
i = A
14.Переходные процессы RC и RLСложная
+−Vs​15 Vt = 0R = 3,3 kΩC68 µF+−vC​vC​(0) = 18 V

Непосредственно перед замыканием ключа в момент t = 0 конденсатор заряжен до 18 V с указанной полярностью. Через какое время vC достигнет 15,9 V? Найдите t.

Vs = 15 VR = 3,3 kΩC = 68 µFvC(0) = 18 V
t = ms

3Растворы

1.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: IR1 = 1,104 A

Последовательное и параллельное соединение: последовательно через каждый резистор течёт один и тот же ток и R = R₁ + R₂ + …. Параллельно на каждом резисторе одно и то же напряжение и 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Лестничную цепь упрощают по одной паре, пока не останется одно эквивалентное сопротивление.

R1​ = 6 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​10 VR2​4 ΩAR4​5 ΩB

Объединяйте резисторы с дальнего конца

Начните с конца, самого дальнего от источника, и двигайтесь к нему. Резисторы с одинаковым током соединены последовательно; резисторы между одними и теми же двумя узлами — параллельно.

R3 + R4 = 8 + 5 = 13 Ω
R2 ∥ 13 = 4·13/(4+13) = 3,059 Ω
Req = R1 + 3,059 = 6 + 3,059 = 9,059 Ω

Ток источника

Источник видит только Req, поэтому закон Ома даёт ток, который он отдаёт. Этот ток течёт через R₁.

IR1 = V1/Req = 10/9,059 = 1,104 A

Ответ

IR1 = 1,104 A
2.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: Req = 23,6 Ω

Последовательное и параллельное соединение: последовательно через каждый резистор течёт один и тот же ток и R = R₁ + R₂ + …. Параллельно на каждом резисторе одно и то же напряжение и 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Лестничную цепь упрощают по одной паре, пока не останется одно эквивалентное сопротивление.

R1​ = 20 ΩR3​ = 3 ΩR5​ = 25 Ω+−V1​15 VR2​8 ΩAR4​4 ΩBR6​5 Ω

Объединяйте резисторы с дальнего конца

Начните с конца, самого дальнего от источника, и двигайтесь к нему. Резисторы с одинаковым током соединены последовательно; резисторы между одними и теми же двумя узлами — параллельно.

R5 + R6 = 25 + 5 = 30 Ω
R4 ∥ 30 = 3,529 Ω
R3 + 3,529 = 6,529 Ω
R2 ∥ 6,529 = 3,595 Ω
Req = R1 + 3,595 = 20 + 3,595 = 23,6 Ω

Ответ

Req = 23,6 Ω
3.Метод узловых потенциалов

Ответ: VB = 15,85 V

Метод узловых потенциалов: выберите опорный узел, обозначьте неизвестные узловые напряжения, запишите закон токов Кирхгофа для каждого неизвестного узла с помощью закона Ома (I = ΔV/R) и решите полученные уравнения.

R1​ = 4 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​12 VR2​15 ΩAR4​4 ΩBIs​5 A

Определите узлы

Земля — нижний провод. Известные узловые напряжения берутся прямо из источников (V1 = 12 V). Неизвестные: VA, VB.

ЗТК в узле A

Токи, вытекающие из A через резисторы, равны току, который источники подают в A.

VA/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/15 + (VA − 12)/4 + (VA − VB)/3 = 0
0,65·VA − 0,3333·VB = 3

ЗТК в узле B

Токи, вытекающие из B через резисторы, равны току, который источники подают в B.

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/4 + (VB − VA)/3 = 5
−0,3333·VA + 0,5833·VB = 5

Решите

Δ = (0,65)(0,5833) − (−0,3333)(−0,3333) = 0,2681
VA = Δ1/Δ = 3,417/0,2681 = 12,75 V
VB = Δ2/Δ = 4,25/0,2681 = 15,85 V

Ответ

VB = 15,85 V
4.Метод узловых потенциалов

Ответ: VA = 9,48 V

Метод узловых потенциалов: выберите опорный узел, обозначьте неизвестные узловые напряжения, запишите закон токов Кирхгофа для каждого неизвестного узла с помощью закона Ома (I = ΔV/R) и решите полученные уравнения.

R1​ = 8 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 8 Ω+−V1​6 VR3​15 ΩAR5​6 ΩBIs​4 A+−V2​36 V

Определите узлы

Земля — нижний провод. Известные узловые напряжения берутся прямо из источников (V1 = 6 V, V2 = 36 V). Неизвестные: VA, VB.

ЗТК в узле A

Токи, вытекающие из A через резисторы, равны току, который источники подают в A.

VA/R3 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R2 = 0
VA/15 + (VA − 6)/8 + (VA − VB)/15 = 0
0,2583·VA − 0,06667·VB = 0,75

ЗТК в узле B

Токи, вытекающие из B через резисторы, равны току, который источники подают в B.

VB/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/6 + (VB − VA)/15 + (VB − 36)/8 = 4
−0,06667·VA + 0,3583·VB = 8,5

Решите

Δ = (0,2583)(0,3583) − (−0,06667)(−0,06667) = 0,08812
VA = Δ1/Δ = 0,8354/0,08812 = 9,48 V
VB = Δ2/Δ = 2,246/0,08812 = 25,48 V

Ответ

VA = 9,48 V
5.Метод контурных токов

Ответ: VR3 = 3 V

Метод контурных токов: дайте каждому окну плоской цепи свой контурный ток, запишите закон напряжений Кирхгофа для каждого контура (сумма падений = сумма подъёмов) и решите. Токи ветвей — это контурный ток или разность двух контурных токов в общей ветви.

R1​ = 15 ΩR2​ = 10 Ω+−V1​15 VR3​2 ΩA+−V2​10 VI1​I2​

Задайте контурные токи

В каждом окне нарисуйте ток по часовой стрелке: I1, I2. Резистор, общий для двух контуров, проводит разность их токов.

ЗНК для контура 1

При обходе по часовой стрелке падения напряжения на резисторах равны подъёмам напряжения источников (от − к + в направлении обхода).

R1·I1 + R3(I1 − I2) = V1
15·I1 + 2(I1 − I2) = 15
17·I1 − 2·I2 = 15

ЗНК для контура 2

При обходе по часовой стрелке падения напряжения на резисторах равны подъёмам напряжения источников (от − к + в направлении обхода).

R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
10·I2 + 2(I2 − I1) = (−10)
−2·I1 + 12·I2 = −10

Решите

Δ = (17)(12) − (−2)(−2) = 200
I1 = Δ1/Δ = 160/200 = 0,8 A
I2 = Δ2/Δ = −140/200 = −0,7 A

Ответ

IR3 = I1 − I2 = 1,5 A
VR3 = IR3·R3 = 1,5·2 = 3 V

Отрицательный контурный ток течёт против часовой стрелки.

6.Метод контурных токов

Ответ: I3 = −1,807 A

Метод контурных токов: дайте каждому окну плоской цепи свой контурный ток, запишите закон напряжений Кирхгофа для каждого контура (сумма падений = сумма подъёмов) и решите. Токи ветвей — это контурный ток или разность двух контурных токов в общей ветви.

R1​ = 4 ΩR2​ = 6 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​12 VR4​3 ΩAR5​10 ΩB+−V2​18 VI1​I2​I3​

Задайте контурные токи

В каждом окне нарисуйте ток по часовой стрелке: I1, I2, I3. Резистор, общий для двух контуров, проводит разность их токов.

ЗНК для контура 1

При обходе по часовой стрелке падения напряжения на резисторах равны подъёмам напряжения источников (от − к + в направлении обхода).

R1·I1 + R4(I1 − I2) = V1
4·I1 + 3(I1 − I2) = 12
7·I1 − 3·I2 = 12

ЗНК для контура 2

При обходе по часовой стрелке падения напряжения на резисторах равны подъёмам напряжения источников (от − к + в направлении обхода).

R2·I2 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
6·I2 + 3(I2 − I1) + 10(I2 − I3) = 0
−3·I1 + 19·I2 − 10·I3 = 0

ЗНК для контура 3

При обходе по часовой стрелке падения напряжения на резисторах равны подъёмам напряжения источников (от − к + в направлении обхода).

R3·I3 + R5(I3 − I2) = −V2
4·I3 + 10(I3 − I2) = (−18)
−10·I2 + 14·I3 = −18

Решите

Δ = определитель матрицы коэффициентов = 1036
I1 = Δ1/Δ = 1452/1036 = 1,402 A
I2 = Δ2/Δ = −756/1036 = −0,7297 A
I3 = Δ3/Δ = −1872/1036 = −1,807 A

Ответ

I3 = −1,807 A

Отрицательный контурный ток течёт против часовой стрелки.

7.Метод наложения

Ответ: I = 3,2 mA

Метод наложения: в линейной цепи любое напряжение или ток равно сумме откликов на каждый независимый источник, действующий отдельно. Чтобы отключить источник, замените идеальный источник напряжения коротким замыканием, а идеальный источник тока — разрывом. Резисторы остаются на месте.

Записываем отклик как сумму вкладов

Каждый вклад пропорционален своему источнику с коэффициентом, зависящим только от резисторов.

I = k₁·Vs + k₂·Is
2·k₁ + 6·k₂ = 2,8
5·k₁ + 4·k₂ = 3,7

Находим константы

Δ = (2)(4) − (6)(5) = −22
k₁ = Δ1/Δ = −11/−22 = 0,5
k₂ = Δ2/Δ = −6,6/−22 = 0,3
k₁ = 0,5 mA/V, k₂ = 0,3

Предсказываем новый ток

I = 0,5·4 + 0,3·4 = 3,2 mA

Ответ

I = 3,2 mA
8.Метод наложения

Ответ: I = −17 mA

Метод наложения: в линейной цепи любое напряжение или ток равно сумме откликов на каждый независимый источник, действующий отдельно. Чтобы отключить источник, замените идеальный источник напряжения коротким замыканием, а идеальный источник тока — разрывом. Резисторы остаются на месте.

Записываем измерения через вклады

Каждый вклад пропорционален своему источнику.

I₁ + I₂ + I₃ = −8
2·I₁ + I₂ + I₃ = −14
I₁ + I₂ − I₃ = 14

Находим вклады

I₁ = −14 − (−8) = −6 mA
I₃ = (−8 − 14)/2 = −11 mA
I₂ = −8 − (−6) − (−11) = 9 mA

Отключаем V₂

I = I₁ + I₃ = (−6) + (−11) = −17 mA

Ответ

I = −17 mA
9.Тевенин и Нортон

Ответ: IL = 0,2736 A

Теорема Тевенина: любая линейная двухполюсная цепь ведёт себя как один источник напряжения Vth, последовательный с сопротивлением Rth. Теорема Нортона представляет ту же цепь как источник тока IN = Vth/Rth, параллельный Rth.

R1​ = 3 ΩR3​ = 3 ΩКЗR2​10 ΩAabRth​

Найдите Rth со всеми отключёнными источниками

Замените источники напряжения короткими замыканиями, а источники тока — разрывами, затем посмотрите на цепь со стороны a–b.

R1 ∥ R2 = 3·10/(3+10) = 2,308 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,308 + 3 = 5,308 Ω
R1​ = 3 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​9 VR2​10 ΩAab+−Vth​

Найдите Vth — напряжение холостого хода

Когда a–b разомкнуты, через R₃ ток не течёт, поэтому падения на нём нет и V_b = V_A. R₁ и R₂ образуют делитель напряжения.

Vth = V1·R2/(R1+R2) = 9·10/(3+10) = 6,923 V
Rth​ = 5,308 Ω+−Vth​6,923 VRL​20 ΩIL​

Подключите нагрузку к эквиваленту Тевенина

Источник Тевенина и последовательный R_th ведут себя на a–b точно как исходная цепь, поэтому нагрузка видит простой последовательный контур.

IL = Vth/(Rth + RL) = 6,923/(5,308 + 20) = 0,2736 A
10.Тевенин и Нортон

Ответ: IN = −2,024 A

Теорема Тевенина: любая линейная двухполюсная цепь ведёт себя как один источник напряжения Vth, последовательный с сопротивлением Rth. Теорема Нортона представляет ту же цепь как источник тока IN = Vth/Rth, параллельный Rth.

R1​ = 15 ΩR3​ = 3 ΩКЗR2​15 ΩAОБРЫВBabRth​

Найдите Rth со всеми отключёнными источниками

Замените источники напряжения короткими замыканиями, а источники тока — разрывами, затем посмотрите на цепь со стороны a–b.

R1 ∥ R2 = 15·15/(15+15) = 7,5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 7,5 + 3 = 10,5 Ω
R1​ = 15 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​10 VR2​15 ΩAIs​2,5 ABab+−Vth​

Найдите Vth — напряжение холостого хода

Когда a–b разомкнуты, Iₛ может течь только через R₃ в узел A. Найдите V_A наложением V₁ и Iₛ, затем прибавьте падение на R₃.

VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 5 + (−2,5)·7,5 = −13,75 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = −13,75 + (−2,5)·3 = −21,25 V
IN​2,024 ARth​10,5 Ωab

Эквивалент Нортона

Источник Нортона — та же цепь, представленная как источник тока, параллельный R_th. Его ток — это ток короткого замыкания на a–b.

IN = Vth/Rth = −21,25/10,5 = −2,024 A
11.Схемы на операционных усилителях

Ответ: Vout = −7 V

Правила идеального ОУ: при отрицательной обратной связи усилитель устанавливает выход так, чтобы оба входа имели одинаковое напряжение (V₋ = V₊), и ни в один вход ток не течёт. ЗТК на инвертирующем входе с этими двумя фактами даёт выход.

Напряжение на входах

Через R₃ и R₄ течёт один и тот же ток, поэтому они образуют делитель напряжения; обратная связь обеспечивает V₋ = V₊.

V₊ = V2·R4/(R3 + R4) = 2,3·100/(10 + 100) = 2,091 V
V₋ = V₊

ЗТК на инвертирующем входе

(3 − 2,091)/10 = (2,091 − Vout)/100
Vout = (R2/R1)·(V2 − V1) = (100/10)·(2,3 − 3) = −7 V

Ответ

Vout = −7 V
12.Схемы на операционных усилителях

Ответ: Vout = −0,305 V

Правила идеального ОУ: при отрицательной обратной связи усилитель устанавливает выход так, чтобы оба входа имели одинаковое напряжение (V₋ = V₊), и ни в один вход ток не течёт. ЗТК на инвертирующем входе с этими двумя фактами даёт выход.

Напряжение на входе +

V₊ = V2·R4/(R3 + R4) = −0,3·100/(100 + 100) = −0,15 V

Наложение двух входов

При V₂ = 0 для V₁ схема — инвертирующий усилитель. При V₁ = 0 V₊ усиливается с коэффициентом неинвертирующего усилителя 1 + R₂/R₁.

Vout = −(1/10)·1,4 + (1 + 1/10)·(−0,15) = −0,14 + (−0,165) = −0,305 V

Ответ

Vout = −0,305 V
13.Переходные процессы RC и RL

Ответ: i = 0,01819 A

Переходные процессы первого порядка: в цепи с одним конденсатором или одной катушкой каждое напряжение и каждый ток экспоненциально меняются от начального к конечному значению: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, где τ = RC или τ = L/R. Примерно через 5τ цепь выходит на установившийся режим.

Постоянная времени

τ = L/R = 10 mH / 47 Ω = 0,2128 ms

Убывание тока

i(t) = 2·e−1/0,2128 = 0,01819 A

Ответ

i = 0,01819 A
14.Переходные процессы RC и RL

Ответ: t = 270,2 ms

Переходные процессы первого порядка: в цепи с одним конденсатором или одной катушкой каждое напряжение и каждый ток экспоненциально меняются от начального к конечному значению: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, где τ = RC или τ = L/R. Примерно через 5τ цепь выходит на установившийся режим.

Начальное значение, конечное значение, постоянная времени

Напряжение на конденсаторе не может измениться скачком, поэтому оно начинается с накопленного значения и стремится к напряжению источника.

vC(0) = 18 V, vC(∞) = Vs = 15 V
τ = R·C = 3,3 kΩ · 68 µF = 224,4 ms
vC(t) = 15 + (18 − 15)·e−t/τ

Выразите время

15,9 = 15 + (3)·e−t/τ → e−t/τ = (15,9 − 15)/(18 − 15) = 0,3
t = τ·ln((18 − 15)/(15,9 − 15)) = 224,4·ln(3,333) = 270,2 ms

Ответ

t = 270,2 ms

ExamProblems · examproblems.com/courses/circuit-analysis-1